详解磷酸铁锂动力电池的优缺点

详解磷酸铁锂动力电池的优缺点 的全名是磷酸铁锂锂离子电池， 这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。 由于它的性能特别适于 作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为 “锂铁(LiFe)动力电池” 。 磷酸铁锂电池， 是指用磷酸铁锂作为的锂离子电池。锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、 锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。其中钴酸锂是目前绝大多数锂离子电池使用的正 极材料。 工作原理 磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池， 这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的 性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也 有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池” 。 意义 金属交易市场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正 极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。 因此，采用LiFePO4 正极材料做成的锂离子电 池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。 作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能 大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而 引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用 LiFePO4 作正极的 磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错， 特别在大放电率放电(5～10C 放电)、放电电压平稳 上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前 最好的大电流输出动力电池。 结构与工作原理 LiFePO4 作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极 隔开，但锂离子 Li 可以通过而电子 e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜 箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。 LiFePO4 电池在充电时，正极中的锂离子 Li 通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中，负 极中的锂离子 Li 通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命 名的。 主要性能 LiFePO4 电池的标称电压是 3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产 厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。 例如同一 种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%～20%)。 这里要说明的是， 不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外， 有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。 磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别， 可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、 中型的几 十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。 过放电到零电压试验 采用 STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用 0.5C 充电率将 1100mAh 的 STL18650 电池充满，然后用 1.0C 放电率放电到电池电压为 0C。再将 放到 0V 的电池分两组： 一组存放 7 天， 另一组存放 30 天;存放到期后再用 0.5C 充电率充满， 然后用 1.0C 放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是，零电压存放 7 天后电池无泄漏，性能良好，容量为 100%;存放 30 天后，无 泄漏、 性能良好， 容量为98%;存放 30 天后的电池再做3 次充放电循环， 容量又恢复到100%。 这试验说明该电池 即使出现过放电(甚至到 0V)，并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。 这是其他种类锂离子电池不具有的特性。 优势 1、安全性能的改善 磷酸铁锂晶体中的 P-O 键稳固， 难以分解， 即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩 塌发热或是形成强氧化性物质， 因此拥有良好的安全性。 有报告指出，实际操作中针刺或短 路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象， 但未出现一例爆炸事件， 而过充实验中使用大大 超出自身放电电压数倍的高电压充电， 发现依然有爆炸现象。虽然如此，其过充安全性较之 普通液态电解液钴酸锂电池，已大有改善。 2、寿命的改善 磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 长寿命铅酸电池的循环寿命在300 次左右，最高也就 500 次，而磷酸铁锂动力电池， 循环寿 命达到 2000 次以上，标准充电(5 小时率)使用，可达到 2000 次。同质量的铅酸电池是“新 半年、旧半年、维护维护又半年” ，最多也就 1~1.5 年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下 使用，理论寿命将达到7~8 年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4 倍以上。大电 流放电可大电流 2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电 40 分钟内即可使电池充满， 起动电流可达 2C，而铅酸电池无此性能。 3、高温性能好 磷酸铁锂电热峰值可达 350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在 200℃左右。工作温度范围宽广 (-20C-- 75C)， 有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃ 左右。 4、大容量 具有比普通电池(铅酸等)更大的容量。5AH-1000AH(单体) 5、无记忆效应 可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作， 容量会迅速低于额定容量值， 这种现象叫做 记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象， 电池无论处于什么状 态，可随充随用，无须先放完再充电。 6、重量轻 同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。 7、环保 磷酸铁锂电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS 认 证通过)，无污染，符合欧洲RoHS 规定，为绝对的绿色环保电池证。所以锂电池之所以被业 界看好，主要是环保考量，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计 划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。随着中国加入 WTO，中国电动自行车的出口量 将迅速增大，而进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。 但有专家表示， 铅酸电池造成的环境污染， 主要发生在企业不规范的生产过程和回收处理环 节。同理， 锂电池属于新能源行业不错，但它也不能避免重金属污染的问题。金属材料加工 中有铅、砷、镉、汞、铬等都有可能会释放到灰尘和水中。电池本身就是一种化学物质，所 以有可能会产生两种污染：一是生产工程中的工艺排泄物污染;二是报废以后的电池污染。 磷酸铁锂电池也有其缺点： 例如低温性能差，正极材料振实密度小， 等容量的磷酸铁锂电池 的体积要大于钴酸锂等锂离子电池，因此在微型电池方面不具有优势。而用于动力电池时， 磷酸铁锂电池和其他电池一样，需要面对电池一致性问题。 缺点 一种材料是否具有应用发展潜力， 除了关注其优点外， 更为关键的是该材料是否具有根本性 的缺陷。 国内现在普遍选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池的正极材料， 从政府、科研机构、企业甚 至是证券公司等市场分析员都看好这一材料， 将其作为动力型锂离子电池的发展方向。 分析 其原因，主要有下列两点：首先是受